(57)【要約】【課題】  構造が単純で生産性を向上させることができ、小型化、高効率化、低コスト化が可能な交流モータとその制御装置を提供すること。【解決手段】  ブラシレスモータ１００は、周方向に永久磁石１２のＮ極磁極とＳ極磁極とが交互に配置されたロータ１０と、周方向に複数個配置されたステータ磁極１９、２０、２１をそれぞれが有して互いにこれらのステータ磁極の周方向位置および軸方向位置がずらして配置されたＮ個のステータ磁極群と、複数のステータ磁極群のそれぞれに対して軸方向に沿った隣接位置に配置されて周方向に形成された複数のループ状巻線１５、１６、１７、１８とを備えている。【選択図】      図１
2006311727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向にＮ極磁極とＳ極磁極とが交互に配置されたロータと、
周方向に複数個配置されたステータ磁極をそれぞれが有し、互いに前記ステータ磁極の周方向位置をずらして配置されたＮ個のステータ磁極群と、
前記複数のステータ磁極群のそれぞれに対して軸方向に沿った隣接位置に配置されて周方向に形成された複数のループ状巻線とを備え、
前記ロータと対向するステータ磁極の面積が、ステータ磁極に流れる磁束の回転変化率を滑らかにするような分布となっていることを特徴とする交流モータ。
【請求項２】
前記ロータと対向するステータ磁極は、磁極の軸方向上下端部の回転方向幅がほぼ同一で、両者の回転方向位置がずれている略平行四辺形であることを特徴とする請求項１に記載の交流モータ。
【請求項３】
前記ロータと対向するステータ磁極は、磁極の軸方向上下端部の回転方向幅が同一で、両者の回転方向位置がずれている略平行四辺形である磁極と、磁極の軸方向上下端部の回転方向幅が異なる略台形形状である磁極との組み合わせからなることを特徴とする請求項１に記載の交流モータ。
【請求項４】
前記ロータと対向するステータ磁極は、磁極の角部のうち少なくとも磁極中心に近い二つの角部を面取りもしくは曲線形状とすることを特徴とする請求項２もしくは請求項３に記載の交流モータ。
【請求項５】
前記ロータと対向するステータ磁極は、磁極の軸方向上下端部の回転方向幅が同一で、両者の回転方向位置がずれている略平行四辺形である磁極と、磁極の軸方向上下端部の回転方向幅が異なる略台形形状である磁極との組み合わせにおいて、それぞれの磁極の一部を削除することを特徴とする請求項１もしくは請求項４に記載の交流モータ。
【請求項６】
略平行四辺形である磁極の中心に近い側の角部近傍および略台形形状である磁極の回転方向幅が短い側近傍を削除することを特徴とする請求項５に記載の交流モータ。
【請求項７】
隣接磁極間の距離が最小となる領域の長さがすべての磁極間でほぼ同一とすることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の交流モータ。
【請求項８】
前記ロータと対向するステータ磁極の表面積をすべての磁極でほぼ同一とすることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の交流モータ。
【請求項９】
周方向にＮ極磁極とＳ極磁極とが交互に配置されたロータと、
周方向に複数個配置されたステータ磁極をそれぞれが有し、互いに前記ステータ磁極の周方向位置および前記ステータ磁極である歯の一部分の軸方向位置がずらして配置されたＮ個のステータ磁極群と、
前記複数のステータ磁極群のそれぞれに対して軸方向に沿った隣接位置に配置されて周方向に形成された複数のループ状巻線とを備え、
前記ステータと前記ロータとがエアギャップ部を介して対向する面において、ロータの軸方向長さがステータの軸方向長さよりも長いことを特徴とする交流モータ。
【請求項１０】
前記ステータと前記ロータとがエアギャップ部を介して対向する面近傍以外のステータにおいて、その軸方向長さがロータと同等もしくはそれよりも長いことを特徴とする請求項９に記載の交流モータ。
【請求項１１】
前記ステータと前記ロータとがエアギャップ部を介して対向する面から、径方向にエアギャップ幅の２倍以上離れた領域において、ステータの軸方向長さをロータと同等もしくはそれよりも長いことを特徴とする請求項１０に記載の交流モータ。
【請求項１２】
相数がＮ、極対数Ｐｎで極数２×Ｐｎのモータであって、ステータ磁極の数がＮ×Ｐｎとなる構成から一部のステータ磁極自体を削除したことを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の交流モータ。
【請求項１３】
相数が３、極対数Ｐｎで極数２×Ｐｎのモータであって、ステータ磁極の数が３×Ｐｎとなる構成から一部のステータ磁極自体を削除し、隣接するステータ磁極の配置が電気角で２４０度間隔とすることを特徴とする請求項１２に記載の交流モータ。
【請求項１４】
前記ステータもしくは前記ロータの磁極位置を回転方向に移動させることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の交流モータ。
【請求項１５】
前記ステータもしくは前記ロータの磁極位置を回転方向に電気角で３０度移動させることを特徴とする請求項１４に記載の交流モータ。
【請求項１６】
前記ステータは、各ステータ磁極が設けられた複数のステータコアを互いに合わせて構成するものであって、これら複数のステータコアの合わせ面の面積を、合わせ面近傍の断面積よりも広くすることを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれかに記載の交流モータ。
【請求項１７】
前記分割されたステータコアの合わせ面を四角形に近い形状とすることを特徴とする請求項１６に記載の交流モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車やトラック等に搭載される交流モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ステータ磁極に各相のコイルが集中的に巻回されたブラシレスモータが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−２６１５１３号公報（第３頁、図１−３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１に開示された従来のブラシレスモータは、モータ巻線を各ステータ磁極毎に巻回する必要があるため構造が複雑であり、スロットの奥に配置する必要があるため巻線の巻回に関して生産性が低下するという問題があった。また、このような構造から小型化、高効率化、低コスト化が難しいという問題があった。
【０００４】
そこで、本願発明者は、上記問題を解決するために、特願２００３−３７８４０３において、下記手段により、その対応を図った。
【０００５】
交流モータは、周方向にＮ極磁極とＳ極磁極とが交互に配置されたロータと、周方向に複数個配置されたステータ磁極をそれぞれが有し、互いにステータ磁極の周方向位置および軸方向位置がずらして配置されたＮ個のステータ磁極群と、複数のステータ磁極群のそれぞれに対して軸方向に沿った隣接位置に配置されて周方向に形成された複数のループ状巻線とを備えている。同一のステータ磁極群に含まれる各ステータ磁極の周囲に巻回された巻線を考えたときに、隣接する２つのステータ磁極に挟まれた巻線には互いに起磁力アンペアターンを相殺するような電流が流れるため、等価的には電流が流れていないときと同じ状態であって、これらのステータ磁極に対して軸方向に沿った隣接位置に配置されたループ状の巻線に代替えすることができる。この結果、従来構造であれば周方向に配置されていた各ステータ磁極の間の巻線を排除することができるので、高効率化、高トルク化が可能となる。また、各ステータ磁極の間に巻線を配置する必要がないため多極化が可能となり、特に巻線構造が簡素であることから、生産性を向上させることができ、低コスト化が可能になる。また、各相に対応した構造は、円周上にほぼ均一に配置した対称構造となっており、ロータとステータ間で発生する吸引力によるステータの変形や、交流モータ各部の歪を小さくすることができるため、これらに起因する振動、騒音を低減することが可能になる。
【０００６】
そして、本願発明者は、このようなモータのステータの磁極形状を工夫することで、さらなる高トルク化および低トルクリップル化を可能とした。また、このような構成とすることでコイルエンドをなくすことができるため、体格を小さくできる。また磁路の流れが三次元的となるため、形状の自由度が高く、様々なコギングトルクやトルクリップルへの対策が考えられる。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、構造が単純で生産性を向上させることができ、小型化、高効率化、低コスト化が可能な交流モータとその制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明の交流モータは、周方向にＮ極磁極とＳ極磁極とが交互に配置されたロータと、周方向に複数個配置されたステータ磁極をそれぞれが有し、互いに前記ステータ磁極の周方向位置および前記ステータ磁極である歯の一部分の軸方向位置がずらして配置されたＮ個のステータ磁極群と、前記複数のステータ磁極群のそれぞれに対して軸方向に沿った隣接位置に配置されて周方向に形成された複数のループ状巻線とを備え、前記ロータと対向するステータ磁極の面積がステータ磁極に流れる磁束の回転変化率を滑らかにするような分布となっている。
【０００９】
よって、巻線を軸方向に対して垂直な面にループ状に配置し、ある相の磁極表面からステータ外周部を通り他の相の磁極表面にくるまでの磁路を三次元的に構成すれば、巻線の軸方向への飛び出しをなくすことができ、さらに飛び出し分に相当する磁気抵抗を低減することができるため、体格を小さくすることが可能となる。
【００１０】
このような構成のモータの場合、ステータ内部での磁束の流れが三次元的であることを前提としているため、ステータ磁極表面形状を比較的自由に設計することができる。また、ロータと対向するステータ磁極の面積が、ステータ磁極に流れる磁束の回転変化率を滑らかにするような分布とすることができ、コギングトルクやトルクリップルを小さくすることができる。
【００１１】
また、請求項２に示すように、磁極の上下端部の幅を同一とし、両者の回転方向位置をずらした形状とすると、磁極形状は略平行四辺形となり製作の容易な形状となる。さらに、ずらす角度を６０度にすると、この角度が磁石の磁束を最大限活用でき、なおかつ磁束変化の高調波成分が最も小さくなるので最もよいが、それ以外の角度でもコギングトルクやトルクリップルの低減効果がある。
【００１２】
請求項３に示すように、略平行四辺形の磁極と略台形の磁極を組み合わせることによって、磁極の面積を同等に維持したまま、磁極表面とステータ外周部をつなぐ磁路の断面積を広くとることが可能となる。ただし平行四辺形の部分は変わらないので、台形部分が増えたのにあわせて軸方向に面積を増やしてバランスをとる必要がある。
【００１３】
請求項４に示すように、磁極の形状を正弦波化するためには表面形状において角部を面取りやＲ付けするなどして滑らかにすればよい。さらに、正弦波形状との違いを考えると、４つの角のうち特に磁極中心に近い側の２つの角が正弦波形状との違いが大きいので、少なくともその２つの角部を面取りもしくはＲ付けすることで、コギングトルクやトルクリップル低減の効果をあげることができる。
【００１４】
請求項５に示すように、磁極の一部を削除することによって、軸方向寸法が長い場合や極数が多い場合、磁極表面部が極端に縦長になってしまうのを防止して、磁極表面部の強度の問題や磁極表面と巻線部を結ぶ磁路構成が困難になるといった不具合を解消することができる。
【００１５】
請求項６に示すように、それぞれの相で同一面積だけ削除すれば、各相の磁束量変化を同一に保ったまま、磁極の軸方向長さを短縮することができ、性能と加工性の両立が可能となる。
【００１６】
請求項７に示すように、隣接磁極間の距離が最小となる領域の長さが、すべての磁極間で同一となるようにすることで、磁極間の漏れ磁束を各相等価にすることが可能となり、三相のアンバランスによって発生するコギングトルクやトルクリップルを低減することが可能となる。またこの領域の長さおよび対向面積は可能な限り小さくしたほうが漏れ磁束を低減でき、トルク向上につながる。
【００１７】
請求項８に示すように、ステータ磁極の表面積を同一とすることが望ましい。
【００１８】
請求項９に示すように、ロータの軸方向長さをステータよりも長くすることで、隣接磁極間における磁束の漏れや、三次元的な磁束の回りこみを少なくして、磁束量を磁極表面積のみで決定することができる。よって、磁極の上下端部においても他の部分と同様に磁束変化を考えることが可能となり、単純な磁極形状でコギングトルクやトルクリップルの小さいモータの設計が可能となる。
【００１９】
請求項１０に示すように、ロータとステータの対向面近傍のみロータのほうが長い形状でも対応できる。
【００２０】
請求項１１に示すように、エアギャップ幅の２倍以上という値とすることで、ステータのほうが長い領域とロータとの間の磁束漏れをほぼゼロにすることが可能となる。
【００２１】
請求項１２に示すように、磁極数自体を減らすことを考える。従来、モータの寸法が小さい場合や極数が多い場合には、隣接磁極間の距離を大きく取れないことがあり、これを防ぐためには、磁極間の隙間を大きくする必要があるが、同一磁極数で磁極間隙間を大きくすれば、磁極の幅を小さくせざるを得ず、これもトルクを低下させる一要因となるので、好ましくない。一方、本願では、例えば、磁極数を１／２にすれば、磁極間の隙間は十分広くとることができ、また磁極幅を減らす必要がなくなる。磁極数が１／２にすれば１磁極あたりで発生させるトルクを２倍とする必要があるが、ステータ内径が小さいときや、極数が多いときにはそれ以上にすることは十分可能である。
【００２２】
請求項１３においても、請求項１２と同様な効果を得ることができる。
【００２３】
このように磁極間の隙間を十分確保できれば、請求項１４に示すように、磁極位置を回転方向にずらすことによるコギングトルクやトルクリップルの低減手法を用いることが可能となる。
【００２４】
また、請求項１５に示すように、３０度のずらし量であればトルク低下を抑えつつコギングトルクやトルクリップルを低減することができる。
【００２５】
請求項１６に示すように、分割されたステータコアの合わせ面をできる限り広く取ることができる。よって、実際にモータを製作する上でコギングトルクやトルクリップルの要因となる要素の一つとして、分割部によって発生する磁気抵抗がある。このような構成とした場合、分割されたステータを接合する面が磁気抵抗要素となる。これにより磁気回路全体の磁気抵抗が増大し、トルクの低下を引き起こす。さらに本発明のモータにおいては、分割面を通る回数が相によって違うために、分割部の磁気抵抗が全く同一であったとしてもアンバランスが発生し、コギングトルクやトルクリップルを生じる要因となる。分割部の磁気抵抗を同一する、もしくは各相のアンバランスがちょうどなくなるような分割部の磁気抵抗にするということは制作上非常に困難であり、分割部の磁気抵抗自体をできる限り小さくして、その影響を下げることが最も現実的である。そこで、このときにモータの体格自体を大きくすることなく、合わせ面のみを広げることが望ましい。ただし、図に示すような形状に限定されるものではなく、モータの体格自体を増大させることなく合わせ面を広く取れる形状であればどのような形状であってもよい。
【００２６】
請求項１７に示すように、ステータコアの合わせ面をステータの外周円よりも大きい四角形にすることで、合わせ面の面積を増やしても良い。通常のモータでは軸方向に垂直な面で磁気回路が構成されるため、このようなことをすると磁極間でアンバランスを発生してしまう。しかし本発明のモータでは合わせ面を通るときは軸方向に磁束が流れるため、磁極間でのアンバランスは発生しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の交流モータを適用した一実施形態のブラシレスモータについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
図１は、一実施形態のブラシレスモータの縦断面図である。本実施形態のブラシレスモータ１００は、３相交流で動作する８極モータであり、ロータ軸１１、永久磁石１２、ステータ１４を含んで構成されている。
【００２９】
ロータ１０は、表面に配置された複数の永久磁石１２を備えている。これらの永久磁石１２は、ロータ１０表面に沿って円周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されている。図２は、ロータ１０の円周方向展開図である。横軸は機械角を示しており、機械角で３６０°の位置は電気角で１４４０°となる。
【００３０】
ステータ１４は、それぞれ４個のＵ相ステータ磁極１９、Ｖ相ステータ磁極２０、Ｗ相ステータ磁極２１を備えている。各ステータ磁極１９、２０、２１は、ロータ１０に対して突極状の形状を有している。図３は、ロータ１０側から見たステータ１４の内周側形状の展開図である。４個のＵ相ステータ磁極１９は同一円周上に等間隔に配置されている。同様に、４個のＶ相ステータ磁極２０は同一円周上に等間隔に配置されている。４個のＷ相ステータ磁極２１は同一円周上に等間隔に配置されている。４個のＵ相ステータ磁極１９をＵ相ステータ磁極群、４個のＶ相ステータ磁極２０をＶ相ステータ磁極群、４個のＷ相ステータ磁極２１をＷ相ステータ磁極群と称する。また、これらの各ステータ磁極群の中で、軸方向に沿って端部に配置されたＵ相ステータ磁極群とＷ相ステータ磁極群を端部ステータ磁極群、それ以外のＶ相ステータ磁極群を中間ステータ磁極群と称する。
【００３１】
また、Ｕ相ステータ磁極１９、Ｖ相ステータ磁極２０、Ｗ相ステータ磁極２１のそれぞれは、互いに軸方向位置と周方向位置がずらして配置されている。具体的には、各ステータ磁極群は、相対的に機械角で３０°、電気角で１２０°の位相差となるように互いに円周方向にずらして配置されている。同極のロータ磁極（Ｎ極に永久磁石１２同士あるいはＳ極の永久磁石１２同士）のピッチは電気角で３６０°であり、同相のステータ磁極のピッチも電気角で３６０°である。
【００３２】
ステータ１４のＵ相ステータ磁極１９、Ｖ相ステータ磁極２０、Ｗ相ステータ磁極２１のそれぞれの間には、Ｕ相巻線１５、Ｖ相巻線１６、１７、Ｗ相巻線１８が配置されている。図４は、各相の巻線の円周方向展開図を示す図である。Ｕ相巻線１５は、Ｕ相ステータ磁極１９とＶ相ステータ磁極２０との間に設けられており、周方向に沿ったループ形状を成している。ロータ軸１１側から見て時計回り方向の電流を正とすると（他の相の相巻線についても同様とする）、Ｕ相巻線１５に流れる電流Ｉｕは負（−Ｉｕ）となる。同様に、Ｖ相巻線１６は、Ｕ相ステータ磁極１９とＶ相ステータ磁極２０との間に設けられており、周方向に沿ってループ形状を成している。Ｖ相巻線１６に流れる電流Ｉｖは正（＋Ｉｖ）となる。Ｖ相巻線１７は、Ｖ相ステータ磁極２０とＷ相ステータ磁極２１との間に設けられており、周方向に沿ったループ形状を成している。Ｖ相巻線１７に流れる電流Ｉｖは負（−Ｉｖ）となる。Ｗ相巻線１８は、Ｖ相ステータ磁極２０とＷ相ステータ磁極２１との間に設けられており、周方向に沿ったループ形状を成している。Ｗ相巻線１８に流れる電流Ｉｗは正（＋Ｉｗ）となる。これら３種類の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、３相交流電流であり、互いに位相が１２０°づつずれている。
【００３３】
９０は、位置センサである。
【００３４】
なお、ステータ１４の各相ステータ磁極形状と各相巻線形状の詳細については、特願２００３−３７８４０３に記載されており、省略する。
【００３５】
このような構成のモータの場合、ステータ内部での磁束の流れが三次元的であることを前提としているため、ステータ磁極表面形状を比較的自由に設計することができる。
【００３６】
そこで、ステータ磁極の面積が回転方向の電気角に対して正弦波状の面積となるようにすれば、回転角に対する磁束の変化率を正弦波状にすることができ、コギングトルクやトルクリップルを小さくすることができる。
【００３７】
そこで、例えば、図５及び図６に示すように、磁極表面形状を電気角で１８０度の幅で正弦波もしくはそれに近い面積分布を持つようにすればよい。つまり、ロータ１０に対向するステータ１４のＵ相ステータ磁極１９１、Ｖ相ステータ磁極２０１、Ｗ相ステータ磁極２１１を、一方を直線とし、他方を円弧状にするもの（図５参照）、もしくは各磁極１９２、２０２、２１２の両方を円弧状とする（図６参照）としてもよい。
【００３８】
なお、図５、図６および今後の図示では３相モータの例を示すが、相数は特に限定されるものではない。また３相モータの図において各相が軸方向にずれているが、軸方向位置についてもこのように限定されるものではない。
【００３９】
ただ、図５及び図６で示すような正弦波状の滑らかな曲面から構成される形状が理想的であるが、実際にこのような複雑な磁極を製作するのは困難である。また、隣接磁極間の干渉を防ぐために、各相の磁極を軸方向にずらして構成しなければならず、空隙部が多くなり、磁石の磁束を有効に活用できない。
【００４０】
そこで、図７に示すように、各磁極１９３，２０３，２１３の上下端部を直線とし、その幅を同一とし、両者の回転方向位置をずらした形状とすると、磁極形状は平行四辺形となり製作の容易な形状となる。ここで、ずらす角度を６０度にすると、この角度が磁石の磁束を最大限活用でき、なおかつ磁束変化の高調波成分が最も小さくなるので最もよいが、それ以外の角度でもコギングトルクやトルクリップルの低減効果がある。図７から明らかな如く、各磁極１９３，２０３，２１３が、６０度の範囲で重なっている。
【００４１】
このような条件を満たす平行四辺形であれば、図７に示すように各相を軸方向にずらさずに、図８のようにすべての相を軸方向に最大限引き伸ばしてもそれぞれの磁極１９４、２０４、２１４は干渉しない。ゆえに、このような形状には磁石磁束をより有効に利用できるという利点もある。
【００４２】
さらに各相の磁極面積が同一であれば、相間のアンバランスもなくなるので、コギングトルクやトルクリップルの低減により有利となる。
【００４３】
一方、図７のような磁極表面形状とした場合、磁極１９３，２０３，２１３の表面とステータ外周部をつなぐ磁路１９３Ａ，２０３Ａ、２１３Ａがループ状の巻線により制約を受けるために、磁極表面からつなぐ磁路の断面を見ると、図８に示すようにかなり限定された面積となり、磁気飽和が起こりやすい。
【００４４】
そこで、平行四辺形の磁極１９５、２１５と台形の磁極２０５を組み合わせることによって前記の問題をある程度解決することが可能となる。図１０の磁極１９５、２０５、２１５は、図８の各相の磁極面積を維持したまま、図８の平行四辺形のうち二つを長辺と短辺が上下逆となる台形としたものである。こうすることで、磁極１９５、２０５、２１５の面積を図８と同等維持したまま、磁極表面とステータ外周部をつなぐ磁路１９５Ａ、２０５Ａ、２１５Ａの断面積を広くとることが可能となる。ただし平行四辺形の部分は変わらないので、台形部分が増えたのにあわせて軸方向に面積を増やしてバランスをとる必要がある。
【００４５】
ここでは、磁極表面と巻線部の断面のみで説明しているが、実際には両者を結ぶ磁路が複雑な三次元形状をしており、その部分の磁気回路を構成する上で図１１のように磁路１９５Ａ、２０５Ａ、２１５Ａが台形になっていたほうが磁路の確保が容易であることが分かっている。
【００４６】
上述したように、コギングトルクやトルクリップルについて考えると、形状が正弦波により近い図５及び図６のような磁極１９１、１９２、２０１、２０２、２１１、２１２の形状がよいが、磁束の利用率や作りやすさを考えると、図８及び図１０のような磁極形状がよい。
【００４７】
さらに、図８及び図１０のような形状で、さらに形状を正弦波化するためには表面形状において角部を面取りやＲ付けするなどして滑らかにすればよい。正弦波形状との違いを考えると、４つの角のうち特に磁極中心に近い側の２つの角が正弦波形状との違いが大きいので、図１２及び図１３に示すように、少なくともその２つの角部を面取りもしくはＲ付け１９４Ｂ、１９５Ｂ、２０４Ｂ、２０５Ｂ、２１４Ｂ、２１５Ｂをすることで、コギングトルクやトルクリップル低減の効果をあげることができる。
【００４８】
図８及び図１０のような形状の場合、軸方向寸法が長い場合や極数が多い場合、磁極表面部が極端に縦長になってしまう。このような形状になると磁極表面部の強度の問題や磁極表面と巻線部を結ぶ磁路構成が困難になるといった不具合が発生することがある。そこで、磁極１９５、２０５、２１５の一部を削除することによって、前記のような不具合を低減することが可能となる。このときにただ単に軸方向長さが短くなるようにすればよいというわけではなく、削除した領域がそれぞれの相で磁気的に等価な量であることが望まれる。例えば、図１４に示す如く、略平行四辺形である磁極２０５の中心に近い側の角部２０５Ｃ近傍および略台形形状である磁極１９５、２１５の回転方向幅が短い側１９５Ｃ、２１５Ｃ近傍を削除する。これら箇所はそれぞれの相で同一面積だけ削除すれば、各相の磁束量変化を同一に保ったまま、磁極の軸方向長さを短縮することができ、性能と加工性の両立が可能となる。
【００４９】
また、隣接磁極間１９５、２０５及び２０５、２１５の距離が最小となる領域の長さが、すべての磁極間で同一となるようにすることで、磁極間の漏れ磁束を各相等価にすることが可能となり、三相のアンバランスによって発生するコギングトルクやトルクリップルを低減することが可能となる。またこの領域の長さおよび対向面積は可能な限り小さくしたほうが漏れ磁束を低減でき、トルク向上につながる。
【００５０】
ここまでは主に磁極表面の面積のみで話を進めてきたが、これは磁束量が磁極表面積のみで決まるという前提のもとでの話である。実際には隣接磁極間における磁束の漏れや、三次元的な磁束の回りこみが存在するために、磁束量は磁極表面積のみでは決まらない。
【００５１】
そこで、まず三次元的な磁束の回りこみの影響を低減する方法として、図１５に示すように、ロータ１０Ａの軸方向長さをステータ１４の軸方向長さよりも長くする方法がある。本発明のモータは、各相の磁極が軸方向位置によって違っているという特徴があり、三次元的な磁束の回りこみによって各相の磁束量変化にアンバランスを生じる可能性がある。ロータ１０Ａをステータ１４に対して長くしておけば、磁極１９、２０、２１の上下端部においても他の部分と同様に磁束変化を考えることが可能となり、単純な磁極形状でコギングトルクやトルクリップルの小さいモータの設計が可能となる。
【００５２】
図１５に示す上記実施例以外に、図１６に示すように、ロータ１０とステータ１４の対向面近傍のみロータ１０のほうが長い形状が考えられる。対向面近傍のみロータ１０が長く、他の部分（段差１９５Ｄ、２１５Ｄ）は同一長さ、もしくはステータ１４のほうが長いといった構造にすれば、単純にロータ１０を長くする場合と比べて、無駄なスペースを低減し、巻線のスペースを拡大することが可能となり、トルクの向上につながる。
【００５３】
また、対向面近傍の定義をエアギャップ幅の２倍以上という値とすることで、ステータ１４のほうが長い領域とロータ１０との間の磁束漏れをほぼゼロにすることが可能となる。
【００５４】
次に、隣接磁極間の磁束漏れの影響を低減する方法について示す。モータの寸法が小さい場合や極数が多い場合には、隣接磁極間の距離を大きく取れないことがある。磁極形状が平行四辺形のモデルを例にとって説明すると、理想的には図１７（ａ）のように磁極幅をできる限り広く、磁極間隔をできる限り狭くすることが、磁石の利用率や磁気飽和等を考えると望ましい。しかし、ステータ内径が小さいときや、極数が多いときには、図１７（ａ）のような形状では、磁極間隙間の値が非常に小さくなってしまい、磁束漏れが増えてしまう。その結果として特に通電時に隣接磁極間で磁束の漏れが大きくなり、ある程度以上電流を流してもトルクが増えなくなるといった現象が発生する。
【００５５】
これを防ぐためには図１７（ｂ）に示すように、磁極間の隙間を大きくする必要があるが、同一磁極数で磁極間隙間を大きくすれば、磁極の幅を小さくせざるを得ず、これもトルクを低下させる一要因となるので、好ましくない。
【００５６】
そこで、磁極数自体を減らすことを考える。例えば図１７（ｃ）に示すように磁極数を半分にすれば、磁極間の隙間は十分広くとることができ、また磁極幅を減らす必要がなくなる。磁極数が半分にすれば１磁極あたりで発生させるトルクを２倍とする必要があるが、ステータ内径が小さいときや、極数が多いときにはそれ以上にすることは十分可能である。
【００５７】
このように磁極間の隙間を十分確保できれば、磁極位置を回転方向にずらすことによるコギングトルクやトルクリップルの低減手法を用いることが可能となる。特に３０度のずらし量であればトルク低下を抑えつつコギングトルクやトルクリップルを低減することができる。
【００５８】
実際にモータを製作する上でコギングトルクやトルクリップルの要因となる要素の一つとして、分割部によって発生する磁気抵抗がある。本発明のステータ構成の方法としては様々な方法があるが、代表的な例としては図１８に示すように各相の磁極を軸方向に分割して構成し、巻線をはさんで組むという方法がある。
【００５９】
このような構成とした場合、分割されたステータを接合する面１９Ｅ、２０Ｅ、２１Ｅ（図１８ではステータ外周部の面）が磁気抵抗要素となる。これにより磁気回路全体の磁気抵抗が増大し、トルクの低下を引き起こす。さらに本発明のモータにおいては、分割面を通る回数が相によって違うために、分割部の磁気抵抗が全く同一であったとしてもアンバランスが発生し、コギングトルクやトルクリップルを生じる要因となる。
【００６０】
そして、分割部の磁気抵抗を同一する、もしくは各相のアンバランスがちょうどなくなるような分割部の磁気抵抗にするということは制作上非常に困難であり、分割部の磁気抵抗自体をできる限り小さくして、その影響を下げることが最も現実的である。
【００６１】
そこで、分割されたステータコア１９、２０、２１の合わせ面面１９Ｅ、２０Ｅ、２１Ｅをできる限り広く取ることがひとつの対策となる。このときにモータの体格自体を大きくすることなく、合わせ面のみを広げることが望ましく、例えば図２０に示すような形状が考えられる。つまり、磁極部１９及び磁極部２１には、それぞれ外周面に段差部１９Ｆ及び２１Ｆを設けつつ、中央の磁極部２０の外周両端側には、磁極部１９、２１の段差部１９Ｆ、２１Ｆが嵌り合う段差部２０Ｆを設けている。ただし、図に示すような形状に限定されるものではなく、モータの体格自体を増大させることなく合わせ面を広く取れる形状であればどのような形状であってもよい。
【００６２】
また、図２２に示す如く、ステータコア１４の合わせ面のみをステータ１４の円筒部の外周円１４Ａよりも大きい四角形１４Ｂにすることで、合わせ面の面積を増やしても良い。通常のモータでは軸方向に垂直な面で磁気回路が構成されるため、このようなことをすると磁極間でアンバランスを発生してしまう。しかし本発明のモータでは合わせ面を通るときは軸方向に磁束が流れるため、磁極間でのアンバランスは発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】一実施形態のブラシレスモータの縦断面図である。
【図２】ロータの円周方向展開図である。
【図３】ロータ側から見たステータの内周側形状の展開図である。
【図４】各相の巻線の円周方向展開図を示す図である。
【図５】ロータ側から見たステータの内周側形状の展開図の一例である。
【図６】ロータ側から見たステータの内周側形状の展開図の一例である。
【図７】ロータ側から見たステータの内周側形状の展開図の一例である。
【図８】ロータ側から見たステータの内周側形状の展開図の一例である。
【図９】磁極表面とステータ外周部をつなぐ磁路を表す断面図である。
【図１０】ロータ側から見たステータの内周側形状の展開図の一例である。
【図１１】磁極表面とステータ外周部をつなぐ磁路を表す断面図である。
【図１２】ロータ側から見たステータの内周側形状の展開図の一例である。
【図１３】ロータ側から見たステータの内周側形状の展開図の一例である。
【図１４】ロータ側から見たステータの内周側形状の展開図の一例である。
【図１５】ブラシレスモータの縦断面図の他の形態である。
【図１６】ブラシレスモータの縦断面図の他の形態である。
【図１７】ロータ側から見たステータの内周側形状の展開図の一例である。
【図１８】モータの他の実施例の組み付け前を表す分解図である。
【図１９】モータの他の実施例の組み付け後を表す断面図である。
【図２０】モータの他の実施例の組み付け前を表す分解図である。
【図２１】モータの他の実施例の組み付け後を表す断面図である。
【図２２】ステータの合わせ面を表す正面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０  ロータ
１１  ロータ軸
１２  永久磁石
１４  ステータ
１５  Ｕ相巻線
１６、１７  Ｖ相巻線
１８  Ｗ相巻線
１９  Ｕ相ステータ磁極
２０  Ｖ相ステータ磁極
２１  Ｗ相ステータ磁極
１００  ブラシレスモータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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